EP2277255A2 - Elektrische maschine, insbesondere kommutatormaschine - Google Patents

Elektrische maschine, insbesondere kommutatormaschine

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Publication number
EP2277255A2
EP2277255A2 EP09742115A EP09742115A EP2277255A2 EP 2277255 A2 EP2277255 A2 EP 2277255A2 EP 09742115 A EP09742115 A EP 09742115A EP 09742115 A EP09742115 A EP 09742115A EP 2277255 A2 EP2277255 A2 EP 2277255A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carbon brushes
additive
carbon
proportion
commutator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09742115A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Bayer
Sven Hartmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEG Automotive Germany GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2277255A2 publication Critical patent/EP2277255A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/12—Manufacture of brushes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H01R39/20—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush characterised by the material thereof
    • H01R39/22—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush characterised by the material thereof incorporating lubricating or polishing ingredient
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/10—Arrangements of brushes or commutators specially adapted for improving commutation

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine, in particular a commutator machine according to the preamble of patent claim 1.
  • Mechanically commutating commutator machines are often used in motor vehicles.
  • high-performance direct-current motors are used to start internal combustion engines in vehicles.
  • the current passes through one or more pairs of brushes on a commutator and from there into the armature winding of the machine.
  • the so-called carbon brushes usually consist of a sintered material, which mainly contains copper and graphite components. These carbon brushes and the commutator are subject to wear during operation.
  • starters are typically for a short-term operation with 30 000 to 60 000
  • the carbon brushes are mixed with a certain amount of cleaning agents as an additive. That provides for a degree of constant
  • the wear behavior of the carbon brushes must be optimized by the best possible coordination of lubrication and cleaning of the commutator. It is known to provide the carbon brushes with at least two layer sections that extend beyond the height and width of the carbon brushes away to their tread. A layer section is provided to improve the Stromkommut réelle with a higher graphite content and another layer section as a power layer for power management with a higher copper content. Furthermore, it has already been proposed that the carbon brushes have a cleaning agent section in at least one of the aforementioned layer section whose cleaning agent content is higher than in the other
  • Layer portion of carbon brushes is. Since all carbon brushes of the DC motor are also constructed the same, the effect of the various admixtures adds up accordingly. Therefore, the various parameters such as wear, lubrication, commutation and the like can only be set relatively coarse.
  • the present solution seeks to set one or more of the aforementioned parameters on the carbon brushes much more accurately.
  • the machine according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the additive is no longer evenly distributed in all carbon brushes for a parameter acting on the entire commutator parameters such as lubrication or cleaning, but in only one carbon brush or only in a few carbon brushes
  • an optimization of the fine tuning for setting a carbon brush parameter is achieved in that the proportion of the additive in the at least one carbon brush is relatively at least 10 percent higher than in the other carbon brushes.
  • the differing proportion of the additive is introduced only in one layer section of the carbon brush, all carbon brushes of the machine having two or more layers.
  • the layer section advantageously extends over the height and width of the carbon brush to its tread.
  • the additive is a cleaning agent for cleaning the
  • Pigtail out changed preferably increases as Putzstoff- share.
  • at least one of the carbon brushes of the machine is provided with a portion of a further additive deviating significantly from the remaining carbon brushes.
  • the further additive is a lubricant.
  • it is optimized - A -
  • Parameter setting advantageous if one or a part of the carbon brushes a higher proportion of an additive, preferably a cleaning agent, and another or another part of the carbon brushes has a higher proportion of the second additive, preferably a lubricant.
  • an additive preferably a cleaning agent
  • another or another part of the carbon brushes has a higher proportion of the second additive, preferably a lubricant.
  • FIG. 1 shows a commutator motor in cross-section in the commutator region
  • FIGS. 2a and 2b show a carbon brush with and without an additive
  • Figure 3 a and 3b show a carbon brush with two layer sections without and with
  • FIG. 4 shows the four carbon brushes of an engine with an additive in one
  • FIG. 5 shows four carbon brushes of an engine with a first additive in a first
  • Carbon brush and a second additive in a second carbon brush and Figure 6 shows an alternative embodiment for a motor with six carbon brushes.
  • a starter motor is denoted by 10, which is shown as a commutator in its cross section at the commutator end.
  • the starter motor 10 is used for cranking internal combustion engines in motor vehicles, which are equipped for example with a start-stop system. He has a pole housing 11 that has six unrecognizable, permanent magnetic poles on its inner circumference, which interact with a runner, not shown.
  • a commutator 13 At the rear end of the rotor carries on its rotor shaft 12, a commutator 13 for powering the rotor windings.
  • the commutator 13 is provided at its periphery with fins 20 which cooperate with four carbon brushes 14.
  • the carbon brushes 14 are each received with a brush spring 15 in a brush holder 16 axially displaceable and pressed with its tread 21 against the commutator.
  • the four brush holders are accommodated on a brush plate 17, which in turn is attached to the front end of the starter motor 10 and over the pole housing 11 to ground.
  • the carbon brushes 14 are each provided at their rear portion with a pigtail 18.
  • the carbon brushes 14 form two plus and two minus carbon brushes.
  • the two plus carbon brushes 14 are contacted via their pigtails 18 with a plus terminal 19 and the minus carbon brushes are welded via their connecting leads 18 to a metal strip 17 a of the brush plate 17 and are thus grounded.
  • three of the four carbon brushes 14 have an identical material composition throughout. They consist of a sintered material that mainly contains copper and graphite components. In this case, copper serves for better electrical conductivity and graphite serves for better commutation at the commutator lamellae 20.
  • FIG. 2a shows one of these three brushes.
  • the brush material also contains other additives such as cleaning agents and
  • Lubricants in low concentration This material composition of the three carbon brushes 14 is denoted by A 'in FIG. 2a.
  • the lubricants in the carbon brushes 14 form a lubricating film on the surface of the commutator 13, which reduces the mechanical abrasion of the carbon brushes 14. Nevertheless, the commutator surface is increasingly contaminated by the abraded brush material unless it is cleaned continuously or at intervals. With a higher proportion of cleaning agent in all carbon brushes 14, however, the brush abrasion would be enhanced, and thus reduces the life of the carbon brushes 14.
  • FIG. 2b shows the carbon brush 14a with the other material composition A'a. While the proportion of cleaning agent in the material A 'of the three carbon brushes according to FIG. 2a is about 0.5%, it is significantly increased in the material A'a of the fourth carbon brush 14a according to FIG. 2b at 0.7%.
  • the carbon brushes 14 are in a known manner in the direction of rotation of the commutator 13 in two layer sections A. and B divided.
  • the accumulating first layer section A is here provided with an increased copper content for better current conduction and the second, running layer section B contains a higher graphite content for optimal commutation.
  • the material in the layer section A is also with a small proportion of a cleaning agent and the material of the layer section B is with a small proportion of a
  • the fourth carbon brush 14a is changed in such a way that in its first layer section Aa of FIG
  • Cleaning agent content compared to the other carbon brushes 14 is significantly increased and that in the second layer section Bb, the lubricant content compared to the other carbon brushes 14 is significantly increased.
  • a first additive is contained in the first layer section and a second additive in a significantly higher concentration in the second layer section than in the remaining carbon brushes 14.
  • FIG. 4 likewise shows four carbon brushes 14, each having two layer sections A and B for a starter motor according to FIG. 1, in a third exemplary embodiment. While the material composition in the layer sections B of all brushes is the same, only in the layer section Aa of the fourth carbon brush 14a is the proportion of cleaning agent significantly higher than that of the layer sections A of the remaining carbon brushes 14.
  • Carbon brushes 14 a same material composition In this case, the carbon brush 14a has an increased proportion of cleaning agent in its layer section Aa, and the carbon brush 14b has an increased lubricant proportion only in the layer section Bb.
  • the carbon brushes 14 become shorter and shorter with increasing service life due to wear, their contact pressure on the commutator 13 steadily decreases due to the longer spring travel of the brush springs 15.
  • the carbon brush 14a of the cleaning agent content in the layer section Aa of the tread 21 of the carbon brush to the pigtail out In order to ensure a sufficient cleaning of the commutator even then, takes on the carbon brush 14a of the cleaning agent content in the layer section Aa of the tread 21 of the carbon brush to the pigtail out.
  • the plus and minus carbon brushes 14 are each offset by 60 ° to each other. This leaves an angle of 120 ° between the two plus brushes and the two minus brushes. In powerful six-pole machines, however, six carbon brushes 14 are used, which are offset by 60 ° to each other. Again, the solution according to the invention can be used advantageously.
  • FIG. 6 shows, as a further exemplary embodiment, the six carbon brushes of such a machine with two each
  • Layer sections A and B While four of these six carbon brushes 14 are the same in their composition of matter, the two remaining carbon brushes 14a have a different composition of matter. Thus, in the layer section Aa of the two carbon brushes 14a an increased proportion of cleaning agent and in the layer section Bb each introduced an increased proportion of lubricant. The fine adjustment of the parameters cleaning and sliding takes place here via two carbon brushes 14a.
  • this solution can also be transferred to an electric machine with four carbon brushes, which is particularly advantageous when the two plus carbon brushes have different direction of rotation-dependent commutation behavior compared to the minus carbon brushes. In addition to a fine adjustment can thus be compensated in this way even commutation differences.
  • a first portion 14a of the carbon brushes 14 is expediently provided with a higher proportion of one additive and a further portion 14b of the carbon brushes 14 with a higher proportion of another additive.
  • the carbon brushes 14 may also be provided with a third layer section C, as shown by dashed lines on the left carbon brush 14 in FIG.
  • This layer C may contain other additives or no additives.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments.
  • brushes with several layer sections in the selected carbon brushes 14a, 14b to introduce an additive in both layer sections Aa and Bb of the carbon brush 14a with an increased proportion.
  • a cleaning agent usually natural ash or alumina are used.
  • a lubricant e.g. Molypdehyde sulfide used.
  • the invention is also applicable not only to starter motors for motor vehicles to achieve a longer life, but also good at commutator for other applications.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Kommutatormaschine (10), dessen Kohlebürsten (14) zur Stromversorgung des Läufers mit einem Kommutator (13) zusammen wirken, wobei die Kohlebürsten (14) durchgehend oder in Schichtabschnitten mit verschiedenen Zusatzstoffen wie Putzmittel, Schmiermittel und dergleichen versehen sind. Zur Erzielung einer höheren Lebensdauer der Kohlebürsten (14) wird vorgeschlagen, dass höchstens die Hälfte, vorzugsweise weniger als die Hälfte aller Kohlebürsten (14) der Maschine einen signifikant von den übrigen Kohlebürsten (14) abweichenden Anteil eines Zusatzstoffes aufweist.

Description

Elektrische Maschine, insbesondere Kommutatormaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Kommutatormaschine nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Mechanisch kommutierende Kommutatormaschinen finden vielfach in Kraftfahrzeugen Verwendung. So werden beispielsweise zum Starten von Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen leistungsstarke Gleichstrommotoren eingesetzt. Der Strom gelangt dabei über eine oder mehrere Bürstenpaare auf einen Kommutator und von dort in die Ankerwicklung der Maschine. Die so genannten Kohlebürsten bestehen dabei meist aus einem Sinterwerkstoff, welcher hauptsächlich Kupfer- und Graphitanteile enthält. Diese Kohlebürsten sowie der Kommutator unterliegen im Betrieb einem Verschleiß. Dabei sind Starter typischerweise für einen kurzzeitigen Betrieb mit 30 000 bis 60 000
Schaltzyklen ausgelegt.
Zur Einsparung von Kraftstoff werden in jüngerer Zeit zunehmend Starter für höhere Lasten und für längere Laufzeiten, wie zum Beispiel für einen Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine benötigt. Dabei ist es wichtig, dass für eine hohe Lebensdauer der Kohlebürsten die Schmierang und Reinigung an der Lauffläche des Kommutators optimal abgestimmt wird. Aufgrund der langen Laufzeiten der Bürsten muss das abgetragene Bürstenmaterial und auch der überschüssige Gleitfüm auf dem Kommutator wieder beseitigt werden. Um eine gute Reinigung der Oberfläche des Kommutators zu erzielen, werden in die Kohlebürsten unterschiedliche Substanzen eingemischt, die dafür sorgen, dass die Oberfläche des Kommutators einen möglichst gleich bleibend sauberen und gleichzeitig auch schmierenden Belag besitzt.
In bekannter Weise werden hierfür die Kohlebürsten mit einem bestimmten Anteil von Putzmitteln als Zusatzstoff versetzt. Das sorgt für ein gewisses Maß an konstanter
Reinigung der Oberflächen, jedoch verbunden mit einem bestimmten Verschleiß der Kohlebürsten, der mit steigendem Anteil von Putzmitteln entsprechend zunimmt. Durch eine homogene Verteilung des Putzmittels in allen Kohlebürsten der Maschine wirkt bei gleichem Kohleanpressdruck das Putzmittel an allen Kohlebürsten gleichmäßig.
Um bei höheren Schaltzyklen eine entsprechend längere Lebensdauer der Kohlebürsten zu gewährleisten, muss durch eine möglichst gute Abstimmung von Schmierung und Reinigung des Kommutators das Verschleißverhalten der Kohlebürsten optimiert werden. Dabei ist es bekannt, die Kohlebürsten mit mindestens zwei Schichtabschnitten zu versehen, die über die Höhe und Breite der Kohlebürsten hinweg bis zu ihrer Lauffläche reichen. Ein Schichtabschnitt ist dabei zur Verbesserung der Stromkommutierung mit einem höheren Graphitanteil und ein anderer Schichtabschnitt als Leistungsschicht zur Stromführung mit einem höheren Kupferanteil versehen. Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, dass die Kohlebürsten einen Putzmittelabschnitt in mindestens einem der vorerwähnten Schichtabschnitt aufweist, dessen Putzmittelanteil höher als im anderen
Schichtabschnitt der Kohlebürsten ist. Da auch hier alle Kohlebürsten des Gleichstrommotors gleich aufgebaut sind, summiert sich demzufolge auch die Wirkung der verschiedenen Beimischungen. Daher lassen sich die verschiedenen Parameter wie Verschleiß, Schmierung, Kommutierung und dergleichen nur relativ grob einstellen.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, einen oder mehrere der vorgenannten Parameter an den Kohlebürsten wesentlich genauer einzustellen.
Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Zusatzstoff für einen am gesamten Kommutator wirksamen Parameter wie Schmierung oder Reinigung nicht mehr in alle Kohlebürsten gleichmäßig verteilt, sondern in nur einer Kohlebürste oder nur in wenigen Kohlebürsten der
Maschine konzentriert wird. Auf diese Weise ist es möglich, für eine grobe Einstellung des entsprechenden Parameters zunächst alle übrigen Kohlebürsten mit einer gleichgroßen Konzentration des Zusatzstoffes zu versehen und zur Feineinstellung des Parameters in einer Kohlebürste die Konzentration signifikant zu erhöhen beziehungsweise zu verringern. Da in entsprechender Weise verschiedene Zusatzstoffe unabhängig voneinander in den Kohlebürsten fein dosiert werden können, ergibt sich als weiterer Vorteil ein gleichmäßiger Verschleiß an allen Kohlebürsten und eine deutliche Steigerung der Schaltzyklenzahl an einem Startermotor.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.
So ist eine Optimierung der Feinabstimmung zur Einstellung eines Kohlebürsten- Parameters dadurch zu erreichen, dass der Anteil des Zusatzstoffes in der zumindest einen Kohlebürste relativ mindestens 10 Prozent höher als in den übrigen Kohlebürsten ist. Zweckmäßigerweise ist ferner der abweichende Anteil des Zusatzstoffes nur in einem Schichtabschnitt der Kohlebürste eingebracht, wobei alle Kohlebürsten der Maschine zwei oder mehrere Schichten aufweisen. In vorteilhafter Weise reicht dabei der Schichtabschnitt über die Höhe und Breite der Kohlebürste hinweg bis zu ihrer Lauffläche. Vorwiegend ist dabei der Zusatzstoff ein Putzmittel zum Reinigen der
Kommutator-Oberfläche.
Da mit zunehmendem Abrieb der Kohlebürsten der von den Bürstenfedern erzeugte Anpressdruck am Kommutator abnimmt, ist es in Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, dass sich der Anteil des Zusatzstoffes von der Lauffläche der Kohlebürste zur
Anschlusslitze hin verändert, vorzugsweise als Putzmittel- Anteil zunimmt. In Weiterbildung der Erfindung ist es ferner zweckmäßig, dass mindestens eine der Kohlebürsten der Maschine mit einem signifikant von den übrigen Kohlebürsten abweichenden Anteil eines weiteren Zusatzstoffes versehen ist. In zweckmäßiger Weise ist dabei der weitere Zusatzstoff ein Schmiermittel. Des Weiteren ist es zur optimierten - A -
Parametereinstellung vorteilhaft, wenn eine oder ein Teil der Kohlebürsten einen höheren Anteil des eines Zusatzstoffes, vorzugsweise eines Putzmittels, und eine andere oder ein anderer Teil der Kohlebürsten einen höheren Anteil des zweiten Zusatzstoffes, vorzugsweise eines Schmiermittels hat. Alternativ dazu ist es aber ebenso möglich, bei der Verwendung von Kohlebürsten mit in Umlaufrichtung des Kommutators mehreren Schichtabschnitten den einen Zusatzstoff in einen der Schichtabschnitte und den anderen Zusatzstoff in einem anderen Schichtabschnitt einzubringen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 zeigt einen Kommutatormotor im Querschnitt im Kommutatorbereich, Figur 2a und 2b zeigen eine Kohlebürste mit und eine ohne Zusatzstoff,
Figur 3 a und 3b zeigen eine Kohlebürste mit zwei Schichtabschnitten ohne und mit
Zusatzstoffen,
Figur 4 zeigt die vier Kohlebürsten eines Motors mit einem Zusatzstoff in einem
Schichtabschnitt einer Kohlebürste, Figur 5 zeigt vier Kohlebürsten eines Motors mit einem ersten Zusatzstoff in einer ersten
Kohlebürste und einem zweiten Zusatzstoff in einer zweiten Kohlebürste und Figur 6 zeigt eine Alternativeausführung für einen Motor mit sechs Kohlebürsten.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist ein Startermotor mit 10 bezeichnet, der als Kommutatormaschine in seinem Querschnitt am kommutatorseitigen Ende dargestellt ist. Der Startermotor 10 dient zum Andrehen von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, welche z.B. mit einer Start- Stopp-Anlage ausgestattet sind. Er hat ein Polgehäuse 11, dass an seinem Innenumfang sechs nicht erkennbare, permanent magnetische Pole aufweist, die mit einem nicht dargestellten Läufer zusammen wirken. Am hinteren Ende trägt der Läufer auf seiner Läuferwelle 12 einen Kommutator 13 zur Stromversorgung der Läuferwicklungen. Dazu ist der Kommutator 13 an seinem Umfang mit Lamellen 20 versehen, welche mit vier Kohlebürsten 14 zusammen wirken. Die Kohlebürsten 14 sind jeweils mit einer Bürstenfeder 15 in einer Bürstenfassung 16 axial verschiebbar aufgenommen und werden mit ihrer Lauffläche 21 gegen den Kommutator gedrückt. Die vier Bürstenfassungen sind an einer Bürstenplatte 17 aufgenommen, die ihrerseits stirnseitig am hinteren Ende des Startermotors 10 befestigt ist und über das Polgehäuse 11 auf Masse liegt. Die Kohlebürsten 14 sind jeweils an ihrem hinteren Abschnitt mit einer Anschlusslitze 18 versehen. Die Kohlebürsten 14 bilden zwei Plus- und zwei Minus-Kohlebürsten. Die beiden Plus-Kohlebürsten 14 sind über ihre Anschlusslitzen 18 mit einer Plus-Klemme 19 kontaktiert und die Minus-Kohlebürsten sind über ihre Anschlusslitzen 18 an einem Blechstreifen 17a der Bürstenplatte 17 angeschweißt und liegen damit auf Masse.
Im ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 haben drei der vier Kohlebürsten 14 eine durchgehend gleiche Materialzusammensetzung. Sie bestehen aus einem Sinterwerkstoff, der hauptsächlich Kupfer- und Graphitanteile enthält. Kupfer dient dabei einer besseren elektrischen Leitfähigkeit und Graphit dient zur besseren Kommutierung an den Kommutatorlamellen 20. In Figur 2a ist eine dieser drei Bürsten dargestellt. Das Bürstenmaterial enthält außerdem noch weitere Zusatzstoffe wie Putzmittel und
Schmierstoffe in geringer Konzentration. Diese Materialzusammensetzung der drei Kohlebürsten 14 ist in Figur 2a mit A' bezeichnet. Die Schmierstoffe in den Kohlebürsten 14 bilden dabei an der Oberfläche des Kommutators 13 einen Gleitfilm, der den mechanischen Abrieb der Kohlebürsten 14 verringert. Dennoch wird die Kommutatoroberfläche durch das abgetragene Bürstenmaterial zunehmend verschmutzt, wenn sie nicht ständig oder in Intervallen gereinigt wird. Mit einem höheren Putzmittelanteil in allen Kohlebürsten 14 würde jedoch auch der Bürstenabrieb verstärkt, und damit die Lebensdauer der Kohlebürsten 14 verringert.
Zur Erzielung einer möglichst hohen und gleich langen Lebensdauer aller Kohlebürsten
14 wird nunmehr das Reinigungsverhalten dadurch optimiert, dass an der vierten Kohlebürste 14a eine gezielte Feineinstellung der Putzwirkung erfolgt, indem hier der Putzmittelanteil relativ um mindestens 10 Prozent gegenüber den übrigen Kohlebürsten 14 erhöht wird. In Figur 2b ist die Kohlebürste 14a mit der anderen Materialzusammensetzung A'a dargestellt. Während der Putzmittelanteil im Material A' der drei Kohlebürsten gemäß Figur 2a etwa 0,5 % beträgt, ist er im Material A'a der vierten Kohlebürste 14a gemäß Figur 2b mit 0,7 % signifikant erhöht.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel nach Figur 3a und 3b sind die Kohlebürsten 14 in bekannter Weise in Umlaufrichtung des Kommutators 13 in zwei Schichtabschnitten A und B unterteilt. Der auflaufende erste Schichtabschnitt A ist hier mit einem erhöhten Kupferanteil zur besseren Stromführung versehen und der zweite, ablaufende Schichtabschnitt B enthält zur optimalen Kommutierung einen höheren Graphitanteil. Das Material im Schichtabschnitt A ist außerdem mit einem geringen Anteil eines Putzmittels und das Material des Schichtabschnittes B ist mit einem geringen Anteil eines
Schmiermittels versehen.
Um das Verschleißverhalten einerseits und das Reinigungsverhalten andererseits an den Kohlebürsten 14 unabhängig voneinander optimal einzustellen, wird gemäß Figur 3b die vierte Kohlebürste 14a derart verändert, dass in ihrem ersten Schichtabschnitt Aa der
Putzmittelanteil gegenüber den übrigen Kohlebürsten 14 deutlich erhöht wird und dass in dem zweiten Schichtabschnitt Bb der Schmiermittelanteil gegenüber den übrigen Kohlebürsten 14 deutlich erhöht wird. Bei dieser Lösung ist somit im ersten Schichtabschnitt ein erster Zusatzstoff und im zweiten Schichtabschnitt ein zweiter Zusatzstoff in deutlich höherer Konzentration als in den übrigen Kohlebürsten 14 enthalten.
In Figur 4 sind in einem dritten Ausführungsbeispiel ebenfalls vier Kohlebürsten 14 mit je zwei Schichtabschnitten A und B für einen Startermotor nach Figur 1 dargestellt. Während die Materialzusammensetzung in den Schichtabschnitten B aller Bürsten gleich ist, ist lediglich im Schichtabschnitt Aa der vierten Kohlebürste 14a der Putzmittelanteil gegenüber dem der Schichtabschnitte A der übrigen Kohlebürsten 14 signifikant erhöht.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 5 sind zwar ebenfalls alle Kohlebürsten mit zwei Schichtabschnitten A und B versehen. Dort haben jedoch nur die beiden ersten
Kohlebürsten 14 eine gleiche Materialzusammensetzung. Die Kohlebürste 14a hat hier in ihrem Schichtabschnitt Aa einen erhöhten Putzmittelanteil und die Kohlebürste 14b hat dem gegenüber lediglich im Schichtabschnitt Bb einen erhöhten Schmiermittelanteil. Da mit zunehmender Lebensdauer durch den Verschleiß die Kohlebürsten 14 immer kürzer werden, nimmt ihr Anpressdruck am Kommutator 13 aufgrund des längeren Federweges der Bürstenfedern 15 stetig ab. Um eine ausreichende Reinigung der Kommutatorlauffläche auch dann noch zu gewährleisten, nimmt an der Kohlebürste 14a der Putzmittelanteil im Schichtabschnitt Aa von der Lauffläche 21 der Kohlebürste zur Anschlusslitze hin zu. Alternativ oder gleichzeitig wäre es auch möglich, aufgrund der abnehmenden Andrückkraft an den Kohlebürsten das Schmiermittel im Schichtabschnitt Bb der Kohlebürste 14b von der Lauffläche her zur Anschlusslitze hin abnehmen zu lassen.
Bei dem sechspoligen Startermotor 10 nach Figur 1 sind die Plus- und Minus- Kohlebürsten 14 jeweils um 60° zueinander versetzt. Dadurch verbleibt zwischen den beiden Plus-Bürsten und den beiden Minus-Bürsten jeweils ein Winkel von 120°. Bei leistungsstarken sechspoligen Maschinen werden dagegen sechs Kohlebürsten 14 verwendet, die um jeweils 60° zueinander versetzt sind. Auch hierfür lässt sich die erfindungsgemäße Lösung vorteilhaft anwenden. Figur 6 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel die sechs Kohlebürsten einer solchen Maschine mit jeweils zwei
Schichtabschnitten A und B. Während vier dieser sechs Kohlebürsten 14 in ihrer Stoffzusammensetzung gleich sind, haben die zwei verbleibenden Kohlebürsten 14a eine andere Stoffzusammensetzung. So ist im Schichtabschnitt Aa der beiden Kohlebürsten 14a ein erhöhter Putzmittelanteil und im Schichtabschnitt Bb jeweils ein erhöhter Schmiermittelanteil eingebracht. Die Feineinstellung der Parameter Reinigen und Gleiten erfolgt hier also über zwei Kohlebürsten 14a.
Diese Lösung lässt sich prinzipiell auch auf eine elektrische Maschine mit vier Kohlebürsten übertragen, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn die beiden Plus- Kohlebürsten gegenüber den Minus-Kohlebürsten unterschiedliche, drehrichtungsabhängige Kommutierungsverhalten haben. Neben einer Feinjustierung können folglich auf diese Weise auch noch Kommutierungsunterschiede ausgeglichen werden. Bei einer solchen Lösung wird zweckmäßiger Weise ein erster Teil 14a der Kohlebürsten 14 mit einem höheren Anteil des einen Zusatzstoffes und ein weiterer Teil 14b der Kohlebürsten 14 mit einem höheren Anteil eines anderen Zusatzstoffes versehen.
Alternativ können die Kohlebürsten 14 auch mit einem dritten Schichtabschnitt C versehen sein, wie dies an der linken Kohlebürste 14 in Figur 6 gestrichelt dargestellt ist. Diese Schicht C kann weitere Zusatzstoffe oder keinerlei Zusatzstoffe enthalten.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist es möglich den jeweiligen Zusatzstoff jeweils nur in den ausgewählten Kohlebürsten 14a, 14b beziehungsweise in eine ihrer Schichtabschnitte Aa, Bb zu konzentrieren und den Zusatzstoff in den übrigen Kohlebürsten 14 wegzulassen. Ebenso ist es möglich, bei Bürsten mit mehreren Schichtabschnitten in den ausgewählten Kohlebürsten 14a, 14b einen Zusatzstoff in beiden Schichtabschnitten Aa und Bb der Kohlebürste 14a mit erhöhtem Anteil einzubringen. Ferner ist es möglich, bei Kohlebürsten mit drei Schichtabschnitten die ausgewählten Kohlebürsten mit drei verschiedenen Zusatzstoffen höher zu dosieren. Grundsätzlich kann anstelle einer höheren Dosierung der Anteil eines Zusatzstoffes in den ausgewählten Kohlebürsten auch signifikant kleiner sein als in den übrigen Kohlebürsten. Aufgrund der über die Lebensdauer abnehmenden Andruckkraft der Kohlebürsten am Kommutator ist es auch im Rahmen der Erfindung möglich, den jeweiligen Zusatzstoff nicht über die gesamte Höhe der Kohlebürste sondern nur über einen unteren Teil der Höhe einzubringen.
Als Putzmittel werden üblicherweise natürliche Asche oder Aluminiumoxid verwendet. Als Schmiermittel wird z.B. Molypdändisulfid verwendet. Die Erfindung ist auch nicht nur an Startermotoren für Kraftfahrzeuge zur Erzielung einer längeren Lebensdauer einsetzbar, sondern ebenso gut an Kommutatormaschinen für andere Einsatzgebiete.

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Maschine, insbesondere Kommutatormaschine (10), die mit Kohlebürsten (14) zur Stromversorgung eines Läufers versehen ist, welche mit den Lamellen (20) eines Kommutators (13) zusammen wirken, wobei die Kohlebürsten durchgehend oder in Schichtabschnitten (A, B) mit verschiedenen Zusatzstoffen (Aa, Bb) wie Putzmittel,
Schmiermittel, Mittel zur Erhöhung des ohmschen Widerstandes beziehungsweise zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit und dergleichen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens die Hälfte, vorzugsweise weniger als die Hälfte aller Kohlebürsten (14) der Maschine (10) einen signifikant von den übrigen Kohlebürsten (14) abweichenden Anteil eines Zusatzstoffes (Aa; Bb) aufweist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Kohlebürste (14a) der Maschine (10) einen von den übrigen Kohlebürsten (14) abweichenden Anteil des Zusatzstoffes (Aa) aufweist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Zusatzstoffes (Aa) in der zumindest einen Kohlebürste (14a) relativ mindestens 10 Prozent höher als in den übrigen Kohlebürsten (14) ist.
4. Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der abweichende Anteil des Zusatzstoffes nur in einem Schichtabschnitt (Aa; Bb) der Kohlebürste (14a) eingebracht ist.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtabschnitt (Aa) über die Höhe und Breite der Kohlebürste (14a) hinweg bis zu ihrer
Lauffläche (21) reicht.
6. Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff ein Putzmittel zum Reinigen der Kommutator-Oberfläche ist.
7. Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Anteil des Zusatzstoffes von der Lauffläche (21) der Kohlebürste (14a) zur Anschlusslitze (18) hin verändert, vorzugsweise als Putzmittel- Anteil zunimmt bzw. als Schmiermittel- Anteil abnimmt.
8. Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kohlebürsten (14b) der Maschine (10) mit einem signifikant von den übrigen Kohlebürsten (14) abweichenden Anteil eines weiteren Zusatzstoffes (Bb) versehen ist.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Zusatzstoff ein Schmiermittel ist.
10. Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil (14a) der Kohlebürsten (14) einen höheren Anteil des einen Zusatzstoffes, vorzugsweise eines Putzmittels, und ein weiterer Teil (14b) der Kohlebürsten (14) einen höheren Anteil eines anderen Zusatzstoffes, vorzugsweise eines Schmiermittels hat.
11. Elektrische Maschine nach der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei
Kohlebürsten (14a, 14b) mit in Laufrichtung des Kommutators mehreren Schichtabschnitten (A, B) der eine Zusatzstoff in einem der Schichtabschnitte (Aa) und der andere Zusatzstoff in einem anderen Schichtabschnitt (Bb) enthalten ist.
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